Способность судна держаться на плаву, не переворачиваться и не идти ко дну при затоплении характеризуется его мореходными качествами. К ним относятся: плавучесть, остойчивость и непотопляемость.
Плавучесть
Плавучесть - это способность судна держаться на поверхности воды, имея заданную осадку при определенном количестве груза и людей на борту.
На судно, находящееся на спокойной воде, постоянно действуют две силы: сила тяжести (веса) и сила поддержания (выталкивания). Судно держится на плаву благодаря тому, что силы тяжести, направленные вниз (ко дну), уравновешиваются выталкивающими силами воды, которые возникают в результате гидростатического давления на корпус судна. Равнодействующая сил тяжести судна (D), которое находится на ровном киле (рис. 12), приложена в точке, которая называется центром тяжести (ЦТ), а точка приложения равнодействующей выталкивающих сил (сила - С) называется центром величины (ЦВ).
Рис. 12. Силы тяжести и поддержания. поддержания
Чтобы судно находилось в равновесии, силы тяжести и поддержания должны быть равны по величине и направлены в противоположные стороны по одной вертикали. В случае течи в корпусе или пробоины, а также попадания воды во время штормовой погоды внутрь судна, увеличивается его масса. Поэтому судно должно иметь запас плавучести.
Запас плавучести - это непроницаемый (для воды) объем корпуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. При отсутствии запаса плавучести судно затонет. Необходимый для безопасного плавания судна запас плавучести обеспечивается приданием судну в процессе проектирования достаточной высоты надводного борта, а также наличия водонепроницаемых закрытий и переборок между отсеками. При отсутствии таких переборок любая пробоина подводной части корпуса приводит к полной потере запаса плавучести и гибели судна.
Запас плавучести зависит от высоты надводного борта - чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Этот запас нормируется минимальной высотой надводного борта, в зависимости от величины которой для конкретного маломерного судна устанавливаются район плавания и допустимое удаление от берега. Однако следует знать, что чрезмерное (произвольное) увеличение высоты надводного борта отрицательно влияет на не менее важное другое качество судна - остойчивость.
Остойчивость
Остойчивость - это способность судна противостоять силам (ветер, волна, перемещение пассажиров и др.). вызывающим его наклонение, а после прекращения действия этих сил возвращаться в первоначальное положение равновесия.
Различают два вида остойчивости: поперечную и продольную. Поперечная остойчивость проявляется при крене судна, т.е. при наклонениях его на борт. Если силы, вызывающие наклонение судна, действуют медленно, то остойчивость называют статической, а если быстро, то динамической. Рассмотрим действие сил, наклоняющих судно (рис. 13).
Рис. 13. Силы тяжести и поддержания.
Центр тяжести (ЦТ) при наклонении остается на месте, но центр величины (ЦВ) из-за изменения формы подводной части переместится в новую точку ЦВГ Силы веса D и поддержания С = γV теперь уже действуют не на одной прямой, а образуют восстанавливающий момент, равный Мв = DI, который стремится вернуть судно в исходное положение. При этом крен будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равенство кренящего и восстанавливающего моментов (Мкр = Мв). Если это равенство сохранится, то судно будет иметь постоянный крен. Например, такое положение можно наблюдать при движении идущей под парусом лодки при устойчивом боковом ветре. Но стоит только измениться силе ветра либо его направлению, или пассажирам пересесть ближе к борту, как немедленно изменится и крен лодки. При увеличении крена величина восстанавливающего момента сначала увеличивается, достигает максимального значения, а со входом палубы в воду начинает уменьшаться. Когда Мв = 0, судно теряет остойчивость, т.е. опрокидывается. Учитывая, что в формуле Мв = DL, величина D остается неизменной, момент опрокидывания наступает при условии, что величина плеча остойчивости L достигает нуля и далее изменяет свой знак на минус (отрицательная остойчивость). Для сравнения остойчивости судов недостаточно знать остойчиво оно или нет, нужно уметь измерить это свойство количественно.
Точка пересечения линии действия силы поддержания (С) с диаметральной плоскостью судна (DП) называется метацентром (точка М). Плечо остойчивости будет показателем остойчивости судна, но этим показателем пользуются только при больших углах крена. При малых углах крена (Ө = 10-15°) для определения так называемой начальной остойчивости пользуются метацентрической высотой h. Плечо остойчивости зависит от метацентрической высоты (h) и от угла крена (Ө), но при малых углах крена восстанавливающий момент (Мв) увеличивается пропорционально углу крена, поэтому мета центрическая высота при малых углах будет мерой начальной остойчивости.
У килевых маломерных судов начальная метацентрическая высота равна, как правило, 0,3 - 0,6 м. Остойчивость судна зависит от взаимного расположения ЦТ и ЦВ, которые перемещаются в зависимости от загрузки судна, перемещения грузов, пассажиров и от других причин. Чем больше метацентрическая высота, тем больше восстанавливающий момент и остойчивее судно, однако при большой остойчивости судно имеет резкую качку.
При шквальном ветре, сильном ударе волны о борт и в некоторых других случаях крен судна увеличивается быстро и возникает динамический кренящий момент. В этом случае крен судна будет увеличиваться и после достижения равенства кренящего и восстанавливающего моментов. Это происходит из-за действия силы инерции. Обычно такой крен в два раза больше крена от статического действия такого же кренящего момента. Поэтому плавание в штормовую погоду, особенно маломерных судов, очень опасно. Продольная остойчивость действует при наклонениях судна на нос или корму, т.е. при килевой качке. Эту остойчивость судоводителю следует учитывать при движении на больших скоростях во время волнения, т.к. "зарывшись" носом в воду катер или мотолодка может не восстановить своего первоначального положения и затонуть, а иногда и перевернуться.
Факторы влияющие на остойчивость судна
Существую определённые факторы, которые имеют сильное влияние на остойчивость судна.
К таким факторам, которые необходимо учитывать при эксплуатации маломерного судна, следует отнести:
- На остойчивость судна наиболее ощутимо влияет его ширина: чем больше она по отношению к его длине, высоте борта и осадке, тем выше остойчивость. У более широкого судна больше восстанавливающий момент.
- Остойчивость небольшого судна повышается, если изменить форму погруженной части корпуса при больших углах крена. На этом утверждении, например, основано действие бортовых булей и пенопластового привального бруса, которые при погружении в воду создают дополнительный восстанавливающий момент.
- Остойчивость ухудшается при наличии на судне топливных баков с зеркалом поверхности от борта до борта, поэтому эти баки должны иметь перегородки, установленные параллельно диаметральной плоскости судна, или быть сужены в своей верхней части.
- На остойчивость наиболее сильно влияет размещение на судне пассажиров и грузов, их следует располагать как можно ниже. Нельзя допускать на судне малых размеров во время его движения сидение людей на борту и их произвольное перемещение. Грузы должны быть надежно закреплены, чтобы исключить их неожиданное смещение со штатных мест.
- При сильном ветре и волнении действие кренящего момента (особенно динамического) очень опасно для судна, поэтому с ухудшением погодных условий необходимо отвести судно в укрытие и переждать непогоду. Если этого сделать невозможно из-за значительного расстояния до берега, то в штормовых условиях нужно стараться держать судно "носом на ветер", выбросив плавучий якорь и работая двигателем на малом ходу.
Непотопляемость
Непотопляемость - это способность судна после затопления части судовых помещений сохранять плавучесть, остойчивость и частично другие качества. Непотопляемость обеспечивается делением корпуса на водонепроницаемые отсеки (помещения), устройством двойного дна, оборудованием судна водоотливными средствами. Судно, оборудованное водонепроницаемыми переборками, должно оставаться на плаву щ затоплении одного любого отсека. Маломерное судно без переборок, получив пробоину, также при поступлении воды в корпус должно не только оставаться на плаву, но и иметь избыточный запас плавучести, предназначенный для того, чтобы пассажиры, находясь в воде, могли держаться за корпус аварийного судна. Незатапливаемые объемы корпуса чаще всего представляют собой блоки из пенопласта. Необходимое его количество и расположение рассчитываются для обеспечения аварийного запаса плавучести и поддержания аварийного судна в положении "на ровном киле". Безусловно, что в условиях сильного волнения далеко не каждая получившая пробоину моторная лодка и катер обеспечат выполнение этих требований.